2026-07-21:可由多种立方和构造的整数。用go语言,给定一个正整数上限 n,一个正整数 x 被称为“好整数”,当且仅当它可以表示为两组不同的正整数对 (a, b) 的立方和,其中 a 和 b 都是正整数且满足 a ≤ b。换句话说,存在至少两种不同的 (a, b) 组合,使得 x = a³ + b³。现在需要找出所有不超过 n 的好整数,并将它们按从小到大的顺序以列表形式返回。
1 <= n <= 1000000000。
输入: n = 4104。
输出: [1729,4104]。
解释:
在小于等于 4104 的整数中,好整数包括:
1729:1³ + 12³ = 1729,以及 9³ + 10³ = 1729。
4104:2³ + 16³ = 4104,以及 9³+ 15³ = 4104。
因此,答案是 [1729, 4104]。
题目来自力扣3890。
大体步骤如下:
一、预计算阶段(init函数)
1. 确定枚举范围
- 上限
mx = 1_000_000_000。 - 对于
a,从1开始枚举,直到a³ > mx/2为止。
为什么是mx/2?因为我们要找a³ + b³ ≤ mx且a ≤ b,当a³本身就超过mx/2时,即使最小的b = a,和也会超过mx,所以无需继续枚举。
2. 双层循环枚举所有(a, b)组合
- 外层循环枚举
a,内层循环枚举b(从a开始,保证a ≤ b)。 - 内层循环终止条件是
a³ + b³ > mx,一旦超过就break内层循环。 - 对每一对
(a, b),计算x = a³ + b³,并在一个哈希表cnt中统计该值出现的次数。
3. 筛选好整数
- 遍历哈希表
cnt,对于出现次数c > 1的x,说明它至少可以由两组不同的(a, b)表示,因此将其加入goodIntegers列表。 - 这里没有存储具体组合,只关心出现次数是否大于 1。
4. 排序
- 用
slices.Sort将goodIntegers从小到大排序,以便后续二分查找。
备注:题目描述提到“两组不同的正整数对”,代码中当c > 1即判定为好整数。这是正确的,因为枚举时保证了a ≤ b,所以同一个x如果有多个计数,必然对应不同的(a, b)组合(组合无序但已通过a ≤ b规范表示)。
二、查询阶段(findGoodIntegers函数)
1. 二分查找
- 调用
sort.SearchInts(goodIntegers, n+1),在已排序的goodIntegers中查找第一个大于n的元素的下标i。 - 由于
goodIntegers是升序的,所有下标< i的元素都≤ n。
2. 返回结果
- 返回切片
goodIntegers[:i],即所有不超过n的好整数,已经是有序的。
三、主函数中的示例
n = 4104,调用findGoodIntegers(4104)得到[1729, 4104],并打印。
四、复杂度分析
1. 预计算的时间复杂度
- 外层循环
a的范围:a³ ≤ 5e8(即mx/2),所以a最大约∛(5e8) ≈ 793。 - 内层循环
b的范围:对于每个a,b从a开始,直到b³ ≤ mx - a³。
总枚举的(a, b)对的数量大约是所有满足a ≤ b且a³ + b³ ≤ 1e9的组合数。 - 这是一个二维区域内的整点数,量级可以通过积分估计:
- 条件
a³ + b³ ≤ 1e9,且1 ≤ a ≤ b。 - 令
u = a³, v = b³,则u + v ≤ 1e9,且u ≤ v,u和v是立方数。 - 直接枚举点对数量级约为
O(N^(2/3)),这里N = 1e9,所以N^(2/3) = (1e9)^(2/3) = 1e6级别。
- 条件
- 实际上这样的整数对数量大约是几十万到一百万左右。每次计算
a³ + b³和哈希表操作为 O(1),所以预计算的总时间在可接受范围内,记为O(M),其中 M 是满足条件的(a, b)对的数量(约 10^5 ~ 10^6)。
2. 预计算的空间复杂度
- 哈希表
cnt存储所有可能的a³ + b³值,不同值的数量小于等于 M,也是O(M)。 goodIntegers存储出现次数 >1 的值,数量远小于 M(题目提到共 1554 个),可视为 O(G),G 是好整数数量。- 整体额外空间复杂度为O(M)。
3. 单次查询的时间复杂度
- 只有一次二分查找:
sort.SearchInts时间复杂度O(log G),G ≈ 1554,几乎常数时间。 - 空间复杂度:返回切片可直接引用全局数组的部分,没有额外分配,O(1)额外空间。
总结:
- 总时间复杂度:预计算 O(M)(约 10^5 ~ 10^6 级别),单次查询 O(log G)(几乎常数)。
- 总额外空间复杂度:O(M),主要是哈希表存储所有不同立方和的计数。
Go完整代码如下:
packagemainimport("fmt""slices""sort")vargoodIntegers[]int// 1554 个funcinit(){constmx=1_000_000_000cnt:=map[int]int{}fora:=1;a*a*a<=mx/2;a++{forb:=a;a*a*a+b*b*b<=mx;b++{cnt[a*a*a+b*b*b]++}}forx,c:=rangecnt{ifc>1{goodIntegers=append(goodIntegers,x)}}slices.Sort(goodIntegers)}funcfindGoodIntegers(nint)[]int{i:=sort.SearchInts(goodIntegers,n+1)returngoodIntegers[:i]}funcmain(){n:=4104result:=findGoodIntegers(n)fmt.Println(result)}Python完整代码如下:
# -*-coding:utf-8-*-definit_good_integers():"""初始化好整数列表,这些数可以用至少两种方式表示为两个立方数之和"""mx=1_000_000_000cnt={}a=1whilea*a*a<=mx//2:b=awhilea*a*a+b*b*b<=mx:val=a*a*a+b*b*b cnt[val]=cnt.get(val,0)+1b+=1a+=1good_integers=[]forx,cincnt.items():ifc>1:good_integers.append(x)good_integers.sort()returngood_integersdeffind_good_integers(n,good_integers):"""返回所有不大于 n 的好整数"""result=[]forxingood_integers:ifx<=n:result.append(x)else:breakreturnresultdefmain():good_integers=init_good_integers()n=4104result=find_good_integers(n,good_integers)print(result)if__name__=="__main__":main()C++完整代码如下:
#include<iostream>#include<vector>#include<unordered_map>#include<algorithm>usingnamespacestd;vector<int>goodIntegers;// 全局初始化器namespace{structInitGoodIntegers{InitGoodIntegers(){constintmx=1'000'000'000;unordered_map<int,int>cnt;for(inta=1;a*a*a<=mx/2;a++){for(intb=a;a*a*a+b*b*b<=mx;b++){intval=a*a*a+b*b*b;cnt[val]++;}}for(constauto&[x,c]:cnt){if(c>1){goodIntegers.push_back(x);}}sort(goodIntegers.begin(),goodIntegers.end());}}initGoodIntegers;}vector<int>findGoodIntegers(intn){autoit=upper_bound(goodIntegers.begin(),goodIntegers.end(),n);intidx=distance(goodIntegers.begin(),it);returnvector<int>(goodIntegers.begin(),goodIntegers.begin()+idx);}intmain(){intn=4104;vector<int>result=findGoodIntegers(n);cout<<"[";for(size_t i=0;i<result.size();i++){cout<<result[i];if(i<result.size()-1){cout<<", ";}}cout<<"]"<<endl;return0;}